ANNEALING EFFECT ON THE DEVELOPMENT OF KESTERITE STRUCTURE IN COPPER-ZINC-TIN SULFIDE (CZTS) THIN FILM
Abstract
Copper-zinc-tin sulfide (Cu2ZnSnS4 or CZTS) is a p-type semiconductor material with a high absorption coefficient and an optimal energy band gap. It belongs to a quaternary semiconducting group of I2-II-IV-VI4. Economically and eco-friendly CZTS material is a good absorber layer for solar cells. In this study, CZTS thin films were coated on soda-lime silicate glass (SLSG) using the sol-gel dip-coating method at room temperature. CZTS thin films were annealed in an ambient atmosphere in an oven. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to analyze structural properties, while optical properties were studied by UV-visible spectroscopy (UV–vis) and photoluminescence (PL). Elemental composition was determined by using energy-dispersive X-ray analysis (EDAX). Density functional theory calculations were performed using the HSE06 hybrid method, with the theoretical band gap closely matching the experimental value with a 9% difference. The XRD results indicated that annealing the thin films in an ambient atmosphere at high temperatures led to oxidation and deterioration of the kesterite CZTS form. The optical analysis shows that the energy band gap of the CZTS thin films (1.63 eV) matched the literature.
Keywords
CZTS 1
,
Thin Films 2
,
Semiconductor 3
BAKIR-ÇİNKO-KALAY SÜLFÜR (CZTS) İNCE FİLMİNDE KESTERİT YAPISININ GELİŞİMİ ÜZERİNDE TAVLAMANIN ETKİSİ
Öz
Bakır-çinko-kalay sülfür (Cu2ZnSnS4 veya CZTS), yüksek soğurma katsayısına ve optimum enerji bant aralığına sahip p tipi bir yarı iletken malzemedir. I2-II-IV-VI4 kuaterner yarı iletken grubuna aittir. Ekonomik ve çevre dostu CZTS malzemesi güneş hücreleri için iyi bir soğurucu tabakadır. Bu çalışmada, oda sıcaklığında sol-jel daldırma kaplama yöntemi kullanılarak soda-kireç silikat cam (SLSG) üzerine kaplanmış CZTS ince filmleri. CZTS ince filmleri bir fırında ortam atmosferinde tavlanmıştır. Yapısal özellikleri analiz etmek için X-ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılırken, optik davranış UV-görünür spektroskopisi (UV-vis) ve fotolüminesans (PL) ile incelenmiştir. Elementel bileşim, enerji dağılımlı X-ışını analizi (EDAX) kullanılarak çıkarılmıştır. Yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, teorik bant aralığının deneysel değere %9 farkla yakın bir şekilde uyduğu HSE06 hibrit yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. XRD sonuçları, ince filmlerin yüksek sıcaklıklarda ortam atmosferinde tavlanmasının kesterit CZTS formunun oksidasyonuna ve bozulmasına yol açtığını göstermiştir. Optik analiz, CZTS ince filmlerinin enerji bant aralığının (1,63 eV) literatürdeki verilerle uyumlu olduğunu göstermektedir.
Anahtar Kelimeler
CZTS 1
,
İnce Filmler 2
,
Yarı İletken 3